JP2011175043A - 光スキャナーおよび画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光スキャナー1は、光反射部22を有する可動板2と、可動板2を支持する支持部3と、可動板2の両側に設けられ、可動板2と支持部3とを連結する一対の連結部4、5と、可動板2を変位させる変位手段6とを有し、連結部4、5は、支持部3に対して回動可能な駆動部41、51と、駆動部41、51および可動板2を連結する第1の軸部42、52とを有し、第1の軸部42、52は、その長手方向の途中で可動板2の厚さ方向へ屈曲可能であり、変位手段6によって駆動部41、51を回動させ、当該回動によって第1の軸部42、52を屈曲させることにより、可動板2を変位させるように構成されている。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、枠状の支持基板と、支持基板の内側に設けられた走査ミラーと、支持基板と走査ミラーとを連結し同軸的に設けられた一対のトーションバーと、走査ミラーに設けられた永久磁石と、永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルとを有する光スキャナー(光偏光器)を有している。この特許文献1の光スキャナーでは、コイルに交番電圧を印加して永久磁石に作用する磁界の極を交互に切り替えることにより、一対のトーションバーを捩じれ変形させつつ走査ミラーを中心軸まわりに回動させるように構成されている。
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部を有する可動板と、
前記可動板を支持する支持部と、
前記可動板の両側に設けられ、前記可動板と前記支持部とを連結する一対の連結部と、
前記可動板を変位させる変位手段とを有し、
各前記連結部は、前記支持部に対して回動可能な駆動部と、前記駆動部および前記可動板を連結する軸部とを有し、
各前記連結部の前記軸部は、該軸部の長手方向の途中で前記可動板の厚さ方向へ屈曲可能であり、
前記変位手段によって各前記連結部の前記駆動部を回動させ、当該回動によって前記軸部を屈曲させることにより、前記可動板を変位させるように構成されていることを特徴とする。
これにより、複数の駆動パターンで駆動可能であり、利便性の高い光スキャナーを提供することができる。
前記一対の連結部は、それぞれ、前記可動板とX軸方向に離間配置された前記駆動部と、前記可動板と前記駆動部とを連結しX軸方向に延在する前記軸部である第1の軸部と、前記駆動部と前記支持部とを連結しY軸方向に延在する第2の軸部とを有し、
前記変位手段によって、前記第2の軸部を捩じり変形させつつ前記駆動部をY軸まわりに回動させることにより、前記第1の軸部を屈曲させるように構成されていることが好ましい。
これにより、連結部の構成が簡単となる。
これにより、第1の軸部を簡単に屈曲させることができる。
本発明の光スキャナーでは、各前記連結部が有する前記第1の軸部は、前記可動板の厚さ方向の一方側に凸のV字状となるように前記節部で屈曲する第1の変形と、他方側に凸のV字状となるように前記節部で屈曲する第2の変形とをし得ることが好ましい。
このように各第1の軸部を屈曲させることにより、可動板を効率的に変位させることができる。
これにより、可動板をスムーズに回動させることができる。
これにより、可動板をスムーズに振動させることができる。
これにより、第1の軸部の屈曲時に、捩じり変形部が捩じり変形することにより、屈曲により発生する応力を効果的に緩和することができる。
本発明の光スキャナーでは、各前記連結部の前記節部は、前記捩じり変形部を一対有し、
前記一対の捩じり変形部のうちの一方の前記捩じり変形部は、前記可動板側軸部に連結され、他方の前記捩じり変形部は、前記駆動部側軸部に連結されていることが好ましい。
これにより、第1の軸部の屈曲時に、捩じり変形部が捩じり変形することにより、屈曲により発生する応力を効果的に緩和することができる。
これにより、非変形部を軸にして第1の軸部を局所的に屈曲させることができる。そのため、第1の軸部を簡単かつ確実に屈曲させることができ、可動板を安定して変位(回動)させることができる。
これにより、第1の軸部を節部で簡単に屈曲させることができる。そのため、安定した可動板の変位(回動)を行うことができる。
本発明の光スキャナーでは、各前記連結部は、第1のSi層、SiO2層および第2のSi層をこの順で積層してなるSOI基板から形成されていることが好ましい。
これにより、各連結部を簡単に形成することができる。
これにより、各連結部を簡単に形成することができる。
各前記変位手段は、前記駆動部に設けられた永久磁石と、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルとを有していることが好ましい。
これにより、変位手段の構成が簡単となる。
これにより、可動板を安定して変位させることができる。
本発明の光スキャナーでは、各前記変位手段において、前記永久磁石は、前記駆動部を貫通して設けられていることが好ましい。
これにより、可動板を安定して変位させることができる。
前記可動板を支持する支持部と、
前記可動板の両側に設けられ、前記可動板と前記支持部とを連結する一対の連結部と、
前記可動板を変位させる変位手段とを有し、
各前記連結部は、前記支持部に対して回動可能な駆動部と、前記駆動部および前記可動板を連結する軸部とを有し、
各前記連結部の前記軸部は、該軸部の長手方向の途中で前記可動板の厚さ方向へ屈曲可能であり、
前記変位手段によって各前記連結部の前記駆動部を回動させ、当該回動によって前記軸部を屈曲させることにより、前記可動板を変位させるように構成された光スキャナーを備えることを特徴とする。
これにより、複数の駆動パターンで駆動可能であり、利便性の高い画像形成装置を提供することができる。
<第1実施形態>
まず、本発明の光スキャナーの第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の光スキャナーの第1実施形態を示す平面図、図2は、図1に示す光スキャナーの断面図(図1中A−A線断面図)、図3は、図1に示す光スキャナーが有する連結部の斜視図、図4および図5は、それぞれ、図1に示す光スキャナーが有する振動系の製造方法を説明する断面図、図6は、図1に示す光スキャナーが有する変位手段を説明する図、図7、図8および図9は、それぞれ、図1に示す光スキャナーの駆動を説明する図である。
なお、光スキャナー1では、可動板2の変位として、大きく分けて、図1に示す回動中心軸J1まわりに回動するパターンと、可動板2がその姿勢を保ちつつZ軸方向に振動するパターンと、可動板2が自然状態の位置からずれた位置で静止するパターンとを選択することができるが、以下の説明では、特に限定の無い限り、可動板2の「変位」には、これら3つのパターンが含まれる。
1−1.振動系8
本実施形態では、振動系8(すなわち、可動板2、支持部3および一対の連結部4、5)は、SOI基板の不要部位をドライエッチングおよびウェットエッチング等の各種エッチング法により除去することにより、一体的に形成されている。なお、振動系8の製造方法については、後に詳述する。
支持部3の内側には、可動板2が設けられている。可動板2は、平板状をなし、一方の面(基台9と反対側の面)21には、光反射性を有する光反射部22が形成されている。光反射部22は、例えば、面21上に金、銀、アルミニウム等の金属膜などを蒸着等により形成することにより得られる。
なお、本実施形態では、可動板2の平面視形状は、円形であるが、可動板2の平面視形状としては、特に限定されず、例えば長方形、正方形等の多角形、楕円形等であってもよい。
図3に示すように、一対の第2の軸部43は、駆動板41を介してY軸方向に対向配置されており、駆動板41を両持ち支持している。また、一対の第2の軸部43は、それぞれ、Y軸方向に延在する棒状をなしている。また、一対の第2の軸部43は、中心軸まわりに捩じり変形可能となっている。このような一対の第2の軸部43は、同軸的に設けられており、この軸(以下、「回動中心軸J2」とも言う)を中心として、一対の第2の軸部43が捩じり変形するとともに駆動板41が回動する。
なお、駆動板41の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、正方形や五角形以上の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
このような非変形部4213に対して対称的に一対の捩じり変形部4211、4212が配置されている。捩じり変形部4211、4212は、それぞれ、Y軸方向に延在する棒状をなしている。また、捩じり変形部4211、4212は、互いにX軸方向に離間して並設されている。
このような捩じり変形部4211は、一対の接続部4214によって非変形部4213に接続されており、捩じり変形部4212は、一対の接続部4215によって非変形部4213に接続されている。
このような各接続部4214、4215は、X軸方向に延在する棒状をなしている。また、各接続部4214、4215は、Z軸方向に湾曲可能でかつその中心軸まわりに捩じり変形可能となっている。
以上、振動系8の構成(形状)について具体的に説明した。
まず、図4(a)に示すように、第1のSi層110と、SiO2層120と、第2のSi層130とがこの順で上側から積層してなるSOI基板(シリコン基板)100を用意する。
さらに、図5(c)に示すように、可動板2の上面21に金属膜を形成し、光反射部22を形成する。金属膜(光反射部22)の形成方法としては、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、金属箔の接合等が挙げられる。
このようにして振動系8が得られる。
図2に示すように、基台9は、平板状の基部91と、基部91の縁部に沿って設けられた枠部92とを有しており、箱状(枡状)をなしている。このような基台9は、枠部92にて振動系8の支持部3の下面と接合されている。これにより、基台9によって振動系8が支持される。このような基台9は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。なお、基台9と支持部3の接合方法としては、特に限定されず、例えば接着剤を用いて接合してもよく、陽極接合等の各種接合方法を用いてもよい。
図1に示すように、変位手段6は、永久磁石611、コイル612および電源613を有する第1の変位手段61と、永久磁石621、コイル622および電源623を有する第2の変位手段62とを有している。第1の変位手段61は、連結部4に対応して設けられており、第2の変位手段62は、連結部5に対応して設けられている。これにより、変位手段6の構成が簡単となる。
なお、第1の変位手段61および第2の変位手段62の構成は互いに同様であるため、以下では、第1の変位手段61について代表して説明し、第2の変位手段62については、その説明を省略する。
また、永久磁石611は、その長手方向が駆動板41の面方向に直交するように設けられている。また、永久磁石611は、その中心軸が回動中心軸J2と交わるように設けられている。
なお、本実施形態では、永久磁石611は、棒状をなしているが、永久磁石の形状としては、特に限定されず、例えば、板状をなしていてもよい。この場合には、永久磁石611を面方向に磁化させ、その面方向がX軸方向と直交するように駆動板41に固定すればよい。これにより、永久磁石611のX軸方向長さを短くすることができるため、駆動板41の回動に伴って発生する慣性モーメントを抑えることができる。
次いで、光スキャナーの作動について説明する。
前述したように、光スキャナー1では、可動板2を回動させるパターンと、可動板2を振動させるパターンと、可動板2を所定位置で静止させるパターンとを選択することができるようになっている。以下、これら3つのパターンについて順次説明する。なお、以下では、説明の便宜上、永久磁石611、621が共に、N極を上側にして配置された構成について代表して説明する。
まず、コイル612の永久磁石611側がN極、コイル622の永久磁石621側がS極となる第1の状態と、コイル612の永久磁石611側がS極、コイル622の永久磁石621側がN極となる第2の状態とが交互にかつ周期的に切り替わるように、電源613、623からコイル612、622に交番電圧を印加する。電源613、623からコイル612、622に印加される交番電圧は、互いに同じ波形(強さおよび周波数が同じ)であるのが好ましい。
そして、駆動板側軸部423、523の可動板2側の端同士がZ軸方向にずれることによって、捩じり変形部4211、4212、5211、5212をその中心軸まわりに捩じり変形させるとともに各接続部4214、4215、5214、5215を湾曲変形させながら、可動板側軸部422、522および可動板2が一体的に図7(a)中反時計回りに傾斜する。
このような第1の状態と、第2の状態とを交互に切り替えることによって、可動板2を回動中心軸J1まわりに回動させることができる。
また、連結部4において、節部421が非変形部4213を有しているため、この非変形部4213を軸にして第1の軸部42を局所的に屈曲させることができる。連結部5についても同様である。そのため、第1の軸部42、52を簡単かつ確実に屈曲させることができ、可動板2を安定して回動させることができる。
以下、具体的に説明するが、前述したような、N極引き付け強さおよびS極引き付け強さが等しい状態を「通常状態」と言う。
まず、コイル612の永久磁石611側およびコイル622の永久磁石621側が共にN極となる第1の状態と、コイル612の永久磁石611側およびコイル622の永久磁石621側が共にS極となる第2の状態とが、交互にかつ周期的に切り替わるように、電源613、623からコイル612、622に交番電圧を印加する。電源613、623からコイル612、622に印加される交番電圧は、互いに同じ波形であるのが好ましい。
このような第1の状態と、第2の状態とを交互に切り替えることによって、可動板2をその姿勢を保ちつつ、すなわち光反射部22の表面(反射面)をX−Y平面と平行に保ちつつ、Z軸方向に振動させることができる。
このような振動パターンでも、前述した回動パターンと同様に、コイル612、622に印加する交番電圧にオフセット電圧を重畳させることにより、自然状態から上側(基台9と反対側)にシフトして可動板2を振動させたり、自然状態から下側(基台9側)にシフトして可動板2を振動させたりすることができる。
例えば、コイル612の永久磁石611側およびコイル622の永久磁石621側が共にN極となる状態となるように電源613、613からコイル612、622に直流電圧を印加する。電源613、623からコイル612、622に印加される直流電圧は、互いに同じ強さであるのが好ましい。このような電圧をコイル612、622に印加すると図9(a)に示すような状態で可動板2が静止する。一方、コイル612の永久磁石611側およびコイル622の永久磁石621側が共にS極となる状態となるように電源613、613からコイル612、622に直流電圧を印加すると、図9(b)に示すような状態で可動板2が静止する。すなわち、可動板2が、自然状態とは異なる位置に維持される。
このような駆動によれば、例えば光反射部22で反射した光の光路を自然状態のときに対してずらすことができるため、例えば、光スキャナー1を光スイッチとして利用するときに特に有効である。
このような可動板2の静止駆動を応用し、コイル612、622に印加する直流電圧の強さを互いに異ならせることにより、可動板2を自然状態に対して傾けた状態で維持することもできる。また、コイル612、622に印加する直流電圧の強さを経時的に変化させることにより、可動板2を連続的または段階的に不規則に変位させることもできる。
以上、光スキャナー1の駆動について詳細に説明した。
また、L1<L2の場合には、L1>L2の場合とは逆に、捩じり変形部4211が捩じり変形部4212よりも捩じり変形し易くなるように構成するのが好ましい。
次に、本発明の光スキャナーの第2実施形態について説明する。
図10は、本発明の光スキャナーの第2実施形態を示す平面図である。
以下、第2実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態の光スキャナーは、コイル固定部の構成が異なる以外は、第1実施形態の光スキャナー1とほぼ同様である。なお、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
なお、コイル622を固定する図示しないコイル固定部についても、コイル固定部64Aと同様の構成である。
このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の光スキャナーの第3実施形態について説明する。
図11は、本発明の光スキャナーの第3実施形態を示す平面図である。
以下、第3実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
このような第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の光スキャナーの第4実施形態について説明する。
図12は、本発明の光スキャナーの第4実施形態を示す斜視図である。
以下、第4実施形態の光スキャナーについて、前述した実施形態の光スキャナーとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
このような第4実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
具体的に、図13に示すようなプロジェクター200について説明する。なお、説明の便宜上、スクリーンSCの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。
光源装置210は、赤色光を照出する赤色光源装置211と、青色光を照出する青色光源装置212と、緑色光を照出する緑色光源装置213とを備えている。
クロスダイクロイックプリズム220は、4つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置211、青色光源装置212、緑色光源装置213のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。
まず、クロスダイクロイックプリズム220で合成された光は、光スキャナー230によって横方向に走査される(主走査)。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナー240によってさらに縦方向に走査される(副走査)。これにより、2次元カラー画像をスクリーンSC上に形成することができる。
ただし、プロジェクター200としては、光スキャナーにより光を走査し、対象物に画像を形成するように構成されていれば、これに限定されず、例えば、固定ミラー250を省略してもよい。
Claims (16)
- 光反射性を有する光反射部を有する可動板と、
前記可動板を支持する支持部と、
前記可動板の両側に設けられ、前記可動板と前記支持部とを連結する一対の連結部と、
前記可動板を変位させる変位手段とを有し、
各前記連結部は、前記支持部に対して回動可能な駆動部と、前記駆動部および前記可動板を連結する軸部とを有し、
各前記連結部の前記軸部は、該軸部の長手方向の途中で前記可動板の厚さ方向へ屈曲可能であり、
前記変位手段によって各前記連結部の前記駆動部を回動させ、当該回動によって前記軸部を屈曲させることにより、前記可動板を変位させるように構成されていることを特徴とする光スキャナー。 - 前記可動板の平面視にて直交する2軸をX軸およびY軸としたとき、
前記一対の連結部は、それぞれ、前記可動板とX軸方向に離間配置された前記駆動部と、前記可動板と前記駆動部とを連結しX軸方向に延在する前記軸部である第1の軸部と、前記駆動部と前記支持部とを連結しY軸方向に延在する第2の軸部とを有し、
前記変位手段によって、前記第2の軸部を捩じり変形させつつ前記駆動部をY軸まわりに回動させることにより、前記第1の軸部を屈曲させるように構成されている請求項1に記載の光スキャナー。 - 各前記連結部が有する前記第1の軸部は、延在方向の途中に設けられた節部と、前記節部と前記可動板とを連結する可動板側軸部と、前記節部と前記駆動部とを連結する駆動部側軸部とを有し、前記節部で屈曲する請求項1または2に記載の光スキャナー。
- 各前記連結部が有する前記第1の軸部は、前記可動板の厚さ方向の一方側に凸のV字状となるように前記節部で屈曲する第1の変形と、他方側に凸のV字状となるように前記節部で屈曲する第2の変形とをし得る請求項1ないし3のいずれかに記載の光スキャナー。
- 前記変位手段によって、各前記連結部が有する前記第1の軸部の一方の前記第1の軸部に前記第1の変形をさせるとともに、他方の前記第1の軸部に前記第2の変形をさせる状態と、前記一方の第1の軸部に前記第2の変形をさせるとともに、前記他方の第1の軸部に前記第2の変形をさせる状態とを交互に繰り返すことにより、前記可動板を前記Y軸まわりに回動させる請求項4に記載の光スキャナー。
- 前記変位手段によって、各前記連結部が有する前記第1の軸部に前記第1の変形をさせた状態と、各前記連結部が有する前記第1の軸部に前記第2の変形をさせた状態とを交互に繰り返すことにより、前記可動板を該可動板の厚さ方向へ振動させる請求項4に記載の光スキャナー。
- 各前記連結部の前記節部は、Y軸まわりに捩じり変形する捩じり変形部を有する請求項3ないし6のいずれかに記載の光スキャナー。
- 各前記連結部の前記節部は、前記捩じり変形部を一対有し、
前記一対の捩じり変形部のうちの一方の前記捩じり変形部は、前記可動板側軸部に連結され、他方の前記捩じり変形部は、前記駆動部側軸部に連結されている請求項7に記載の光スキャナー。 - 各前記連結部の前記節部は、前記一対の捩じり変形部の間に設けられ、Y軸方向に延在しY軸まわりに捩じり変形しない非変形部を有している請求項8に記載の光スキャナー。
- 各前記連結部の前記可動板側軸部および前記駆動部側軸部は、それぞれ、実質的に変形しない請求項3ないし9のいずれかに記載の光スキャナー。
- 各前記連結部は、第1のSi層、SiO2層および第2のSi層をこの順で積層してなるSOI基板から形成されている請求項9または10に記載の光スキャナー。
- 各前記連結部の前記可動板側軸部、前記非変形部、前記駆動部側軸部および前記駆動部は、それぞれ、前記第1のSi層、前記SiO2層および前記第2のSi層で構成されており、前記捩じり変形部および第2の軸部は、それぞれ、前記第2のSi層で構成されている請求項11に記載の光スキャナー。
- 前記変位手段は、前記一対の連結部に対応して一対設けられており、
各前記変位手段は、前記駆動部に設けられた永久磁石と、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルとを有している請求項1ないし12のいずれかに記載の光スキャナー。 - 各前記変位手段において、前記永久磁石は、前記可動板の厚さ方向に両極が対向するように設けられており、前記コイルは、X軸方向の磁界を発生させるように設けられている請求項13に記載の光スキャナー。
- 各前記変位手段において、前記永久磁石は、前記駆動部を貫通して設けられている請求項14に記載の光スキャナー。
- 光反射性を有する光反射部を有する可動板と、
前記可動板を支持する支持部と、
前記可動板の両側に設けられ、前記可動板と前記支持部とを連結する一対の連結部と、
前記可動板を変位させる変位手段とを有し、
各前記連結部は、前記支持部に対して回動可能な駆動部と、前記駆動部および前記可動板を連結する軸部とを有し、
各前記連結部の前記軸部は、該軸部の長手方向の途中で前記可動板の厚さ方向へ屈曲可能であり、
前記変位手段によって各前記連結部の前記駆動部を回動させ、当該回動によって前記軸部を屈曲させることにより、前記可動板を変位させるように構成された光スキャナーを備えることを特徴とする画像形成装置。
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